CIGS薄膜

CIGS简介

　　CIGS是太阳能薄膜电池CuInxGa(1-x)Se2的简写，其具有稳定性好、抗辐照性能好、成本低、效率高等优点。小样品CIGS薄膜太阳能电池的最高转化效率2010年8月刷新为20.3%，由德国太阳能和氢能研究机构ZSW采用共蒸镀法制备。大面积电池组件转化效率及产量根据各公司制备工艺不同而有所不同，一般在10%~15%范围内。我国CIGS薄膜技术还处于实验室阶段，南开大学光电子研究所在CIGS研究上处于国内领先水平，转换效率可达到13%以上。

　　虽然CIGS电池具有高效率和低材料成本的优势，但他也面临三个主要的问题：（1）制程复杂，投资成本高（2）关键原料的供应不足（3）缓冲层CdS具有潜在的毒性

铜铟镓硒电池板

铜铟镓硒太阳能电池板的制造

　　用交替溅射的方法制备铜铟镓硒薄膜太阳能电池预置层。通过可变占空比的电源控制器实现对Cu/Ga合金靶以及In靶溅射时间的控制，进而实现对最后元素配比的控制。实验中发现，在一个溅射周期中，Cu/Ga合金靶溅射时间对最后成分影响最大，其次是In靶溅射时间，非溅射时间的长短对成分也有影响。交替溅射制备的铜铟镓硒预置层经过XRD检测，合金相主要为Cu11In9。

　　“溅射金属预制层再硒化、硫化”所生产的CIGS薄膜太阳电池是目前世界上技术最先进、工业化生产最成熟的第二代光伏产品。CIGS薄膜是由铜、铟、硒等金属元素组成的直接带隙化合物半导体材料，其对可见光的吸收系数为所有薄膜电池材料中最高的，而原材料的消耗却远低于传统晶体硅太阳电池。与高效率高成本的晶体硅太阳电池和低效率低成本的非晶硅太阳电池相比，CIGS太阳电池具有高效率低成本长寿命的多重优势，是最有希望降低光伏发电成本的高效薄膜太阳电池，并且它可以充分利用我国丰富的铟资源，是真正符合国家法规鼓励条款的适合中国国情的可再生能源技术，具有广阔的发展前景。

铜铟镓硒太阳能薄膜电池的构造　　

　　衬底为覆有Mo层的钠钙玻璃，一般采用直流磁控溅射法沉积Mo钼作为支持层。而CIGS薄膜的生长则采用三步共蒸发。再采用水浴法沉积CdS薄膜，接着溅射双层的ZnO薄膜，再用电子束蒸发制备Ni/Al电极，最后上面再覆盖一层增透膜MgF2。

铜铟镓硒太阳能电池板的应用

　　铜铟镓硒薄膜太阳电池具有生产成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等特点，光电转换效率居各种薄膜太阳能电池之首，接近晶体硅太阳电池，而成本则是晶体硅电池的三分之一，被国际上称为“下一时代非常有前途的新型薄膜太阳电池”。此外，该电池具有柔和、均匀的黑色外观，是对外观有较高要求场所的理想选择，如大型建筑物的玻璃幕墙等，在现代化高层建筑等领域有很大市场。

　　铜铟镓硒电站的建设已经达到兆瓦级水平，据瑞士的SolarMax光伏并网逆变器公司提供的资料，2008年9月在西班牙建成了的3.24兆瓦铜铟镓硒电站，并成功运行。这必将加快CIGS的商业应用。

　　铜铟镓硒太阳能电池板也可做成柔性，其均匀的颜色和稳定的性能，更加适合与建筑一体化的应用。

晶硅PK薄膜的路线之争

　　在光伏领域薄膜电池和晶硅电池两大技术路线的争论中，薄膜电池虽然转换效率低，但在多晶硅价格一度高企的前提下，其成本相对低廉更具一定的优势，给薄膜电池带来了发展良机。然而随着多晶硅电池成本不断下降，晶硅与薄膜谁会成为未来光伏领域的领跑者还未为可知。

　　目前全球范围中CIGS薄膜制造商为数不少，但是大多数企业在该领域的设备研发都局限于实验室，并没有实际的工艺生产经验。即使全球最大的CIGS制造商--日本SolarFrontier公司，虽然它的生产工艺是自己开发的，但也并没有做技术转移。而Manz公司是全球唯一一家可提供量产CIGS太阳能电池组件生产的设备供货商，其独家拥有的量产尺寸创新生产线，可将生产线快速转移给CIGS太阳能电池组件生产商，以提供零距离的最新研发工艺并转移给企业，这也就是Manz最大的特别之处。

　　目前，Manz公司量产的CIGS薄膜太阳能组件效率已达14.6%，尤其是去年Manz公司与ZSW共同研发的最新CIGS薄膜太阳能电池技术转换效率达20.8%，首次超过了目前市面上广泛使用的多晶硅太阳能电池的效率。虽然目前此项成果未实现量产，但从近几年CIGS薄膜电池的效率提升的速度来看，相信CIGS很快能达到与多晶硅一致的量产效率水平。

CIGS的本土化之路：Manz交钥匙方案

　　近期，某知名硅基薄膜太阳能公司无奈宣布在2014年底将结束硅薄膜业务的营运，陆续关闭旗下子公司的硅薄膜产线，国内一些企业也都放弃薄膜电池生产和研发。对于这一行业现象，专家评论认为，其主要原因还是在技术方面，一般的硅基薄膜太阳能电池量产后最高效率最多10%，市场竞争力相当低。加之近年来光伏产品价格下降厉害，给薄膜电池技术研发造成一定的压力。

　　CIGS薄膜作为一种新技术，在市场成长上需要一定的时间，一个过程。而基于CIGS薄膜在行业中特有的优势，随着更多的资本不断进入，这一产业也将不断扩大，其成本也会相应降低。虽然目前CIGS薄膜电池在占全球光伏市场中只占1-2%的比例，但是未来几年会得到迅速地增长。

　　Manz公司到现在已经有10余年CIGS薄膜太阳能电池的生产的历史，公司CIGS薄膜电池组件遍布世界各地，当然主要市场还是在欧洲国家。从近两年发展数据来看，CIGS薄膜电站并网效果良好，年发电量反而比多晶硅组件电站高约10%。

　　在新技术方面，2013年Manz与合作伙伴一起利用共蒸发工艺，创造了CIGS薄膜太阳能电池转换效率20.8%的世界新纪录，而采用Manz CIGSfab解决方案的用户将可独家享受这项创世界纪录的专有技术所带来的优势。